CN106184172A - 一种自动驾驶汽车的电控制动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动驾驶汽车的电控制动系统，其中制动踏板与真空助力器相连，真空助力器与主制动缸相连，主制动缸与第一单向阀相连，第一单向阀与四轮制动管路/分泵相连接；压力传感器和检测信号与控制器相连，压力传感器同时与主制动缸相连；控制器与步进直线电机相连，步进直线电机与辅制动缸相连，辅制动缸与第二单向阀相连，第二单向阀与四轮制动管路/分泵相连接。本发明保证了车辆在行驶过程中，辅助制动系统处于监控状态，始终监测主制动系统的当前状态、车辆速度、前方道路上车辆行人状况、当由于路况突变或其它突发事件需要进行紧急制动时，通过主动监测和主动介入，防止出现行车事故，保障车辆运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及到自动驾驶技术领域，特别是一种自动驾驶汽车的电控制动系统。
背景技术
目前，大部分交通事故均是由于驾驶员的因素导致的。对于高速移动的汽车，不同的驾驶员对于环境的认知，判断、决策和控制能力均不一样，往往由于判断失误造成的交通事故或重大人身伤亡车辆损失，在电子技术越来越发达的今天，汽车的智能化是解决驾驶员薄弱性的一个必由之路。通过大量传感技术、通信、控制技术的引入，感知环境状态、驾驶员状态和车辆自身状态，并通过自动化技术控制车辆行驶，为驾驶员提供支援或采取自动控制，完成所定的行驶任务，同时解放驾驶员手部或脚部的部分操作能力，保障了行车的安全，实现人、车、路的统一协调。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种自动驾驶汽车的电控制动系统，其包括制动踏板、真空助力器、主制动缸、第一单向阀、压力传感器、检测信号单元、控制器、步进直线电机、辅制动缸、第二单向阀、四轮制动管路/分泵；
所述制动踏板与真空助力器相连，真空助力器与主制动缸相连，主制动缸与第一单向阀相连，第一单向阀与四轮制动管路/分泵相连接；压力传感器、检测信号单元分别与控制器相连，压力传感器同时与主制动缸相连；控制器与步进直线电机相连，步进直线电机与辅制动缸相连，辅制动缸与第二单向阀相连，第二单向阀与四轮制动管路/分泵相连接。
较佳地，所述的第一单向阀连接与主制动缸与四轮制动管路/分泵之间，当主制动缸工作时，主制动缸内产生的压力使第一单向阀接通，向四轮制动管路/分泵提供制动压力；当第二单向阀接通时，第一单向阀承受来自第二单向阀的反向压力时，第一单向阀自动关闭。
较佳地，所述的第二单向阀连接于辅制动缸与四轮制动管路/分泵之间，当辅制动缸工作时，辅制动缸内产生的压力使第二单向阀接通，向四轮制动管路/分泵提供制动压力；当第一单向阀接通时，第二单向阀承受来自第一单向阀的反向压力时，第二单向阀自动关闭。
较佳地，所述的压力传感器连接于主制动缸与控制器之间，当主制动缸工作时，主制动缸内产生的压力通过压力传感器传送到控制器；当辅制动缸工作时，四轮制动管路/分泵上产生高压，第一单向阀关闭，主制动缸的低压力通过压力传感器传送给控制器。
较佳地，所述的步进直线电机在控制器的驱动下进行工作，在制动时，步进直线电机高速工作，推动辅制动缸内的活塞前进，在辅制动缸内产生压力；在制动结束时，步进电机在控制器的驱动下，拉动辅制动缸内的活塞回到起始位置。
较佳地，在手动驾驶模式下，当踩下制动踏板时，通过真空助力器放大后的制动力推动主制动缸内的活塞运动，制动主缸内产生压力，通过第一单向阀将压力传送到四轮制动管路/分泵，对四轮进行制动，此时第二单向阀自动关闭；主制动缸内产生的压力通过压力传感器送入到控制器内，自动驾驶员系统处于不工作状态。
较佳地，在自动驾驶模式下，控制器接收检测单元传递过来的检测信号并进行运算，当需要执行制动时，控制器输出控制信号，驱动步进直线电机工作，步进直线电机推动辅制动缸内活塞运动，辅制动缸内产生压力，通过第二单向阀将压力传送到四轮制动管路/分泵，对四轮进行制动,此时第一单向阀自动关闭，主制动缸内呈低压状态，在此时如果踩下制动踏板，主制动缸内呈高压状态，控制器通过压力传感器检测到该压力信号，执行退出功能，控制步进电机回位到起始位置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的自动驾驶汽车的电控制动系统，当车辆在行驶过程中，辅助制动系统处于监控状态，始终监测主制动系统的当前状态、车辆速度、前方道路上车辆行人状况、当由于路况突变或其它突发事件需要进行紧急制动时，如驾驶员未能及时采取相应的措施(检测到主制动缸未工作)，辅助制动系统自动介入，通过步进直线电机推动辅制动缸内的活塞高速运动，产生制动力，通过第二单向阀，将制动力输送到四轮制动管路/分泵中，对车辆进行紧急制动，当制动解除后，辅助制动系统自动回位，再次回到监控状态。通过主动监测和主动介入，防止出现行车事故，保障车辆运行安全。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明的主制动系统工作示意图；
图3是本发明的辅制动缸和步进直线电机的结构示意图；
图4是本发明的液压增压器工作示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种自动驾驶汽车的电控制动系统，如图1所示,包括包括制动踏板、真空助力器、主制动缸、第一单向阀、压力传感器、检测信号单元、控制器、步进直线电机、辅制动缸、液压增压器、第二单向阀、四轮制动管路/分泵；
所述制动踏板与真空助力器相连，真空助力器与主制动缸相连，主制动缸与第一单向阀相连，第一单向阀与四轮制动管路/分泵相连接；压力传感器、检测信号单元分别与控制器相连，压力传感器同时与主制动缸相连；控制器与步进直线电机相连，步进直线电机与辅制动缸相连，辅制动缸与第二单向阀相连，第二单向阀与四轮制动管路/分泵相连接。
在行车过程中正常制动的情况，当驾驶员踩下制动踏板时，如图2所示，踏板产生的制动力通过杠杆作用的原理，制动力通过真空助力器放大，推动主制动缸内活塞运动，制动主缸内产生压力，通过第一单向阀将压力传送到四轮制动管路/分泵，对四轮进行制动，当四轮制动管路/分泵上产生压力时，第一单向阀由于两侧的压力差为0，第一单向阀开通，此时，由于辅制动系统未工作，液压增压器的高压端压力为0，第二单向阀与液压增压器高压端相连的一侧压力为0，第二单向阀的输出侧压力与四轮制动管路/分泵压力相同(高压状态)，第二单向阀承受反压自动关闭。
由于不同的驾驶员对于环境的认知，判断、决策和控制能力均不一样，当车辆在行驶过程中，辅助制动系统始终处于监控状态，监测主制动系统的当前状态、车辆速度、前方道路上车辆行人状况并进行综合判断、当由于路况突变或其它突发事件需要进行紧急制动时，检测单元产生一个控制信号给控制器，控制器接收到信息后，首先判断压力传感器的压力值，如果此时主制动缸已经工作，其相应的压力值会传递给控制器，则控制器不执行制动输出动作，反之，控制器则根据当前的车速及距离信息做出相应处理，在人工驾驶员模式下，制动安全距离根据国际通用公式计算如下：
d＝1.47sit+[si2-sf2]/[30(0.348±0.01G)]
其中d为制动距离，1.47为安全系数，反应时间t国际通用2.5S,Si为制动初速度，Sf为制动终止速度,G为坡度；按上述公式，当速度为100Km/h,平坦路面G＝0；制动终止速度Sf＝0,反应时间t为国际通用2.5s,利用上述公式进行计算，其安全距离为175.98m；由于控制系统采用电子检测方式，其反应时间为毫秒级，较驾驶员的反应要快，在实际工作过程中可以根据系统的反应速度调整上述公式中的反应时间t,进行安全制动距离调节，
车辆在行驶过程中，当安全距离小于系统计算出来的安全距离时，如驾驶员未能及时采取相应的措施(检测到主制动缸未工作)，辅助制动系统自动介入，控制器会根据当前的速度及车距产生一个控制信号，通过驱动电路对步进直线电机进行驱动。通过步进直线电机推动辅制动缸内的活塞高速运动，产生制动力，辅制动缸产生的制动液在压力的作用下，被输送液压增压器，液压增压器对输入的压力进行3到5倍增压比的压力放大，将辅制动缸的输出压力放大到系统所需的制动压力后，制动液直接进入液压增压器高压HP端，在辅制动缸的压力作用下，液压增压器的活塞开始运动，并连续不断的将制动液压通过第二单向阀2，将制动力输送到四轮制动管路/分泵中，对车辆进行制动，直至达到高压设定的压力，活塞停止运动，此时制动管路压力达到最大值；当制动结束时，辅制动缸活塞回位，液压增压器的P口力消失，液控单向阀PDV的控制端失压，单向阀PDV打开，HP端的高压制动液通过单向阀PDV接入T口回到刹车油壶。当制动解除后，辅助制动系统自动回位，再次回到监控状态。
步进直线电机是一个磁性转子铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动的运动部件，直线步进电机在电机内部把旋转运动转化为线性运动，采用螺杆螺母啮合方式，电机内置一个带内螺纹的转子与螺杆相啮合,如图3所示，螺杠通过螺纹支架固定于辅制动缸内，螺杆的前端为丁字形，与辅制动缸内的活塞相连接，当螺杆运运时，带动活塞做往复运动，螺杆的后端与步进直线电机的转子部分采用采取螺母啮合方式,当步进直线电机的转子转运时，以转子的内螺纹和螺杆相啮合而实现线性运动，由于转子的径向是固定于电机的定子之中，转子产生的扭力会推动螺杆轴向运动，使活塞在辅制动缸内做往复运动。当活塞运动时，对辅制动缸内的制动液进行压缩，将制动液送入到液压增压器中。
在辅制动缸与第二单向阀2之间，连接有一个液压增压器，它可以根据系统需求，配置成3到5倍增压比的压力放大系统，将辅制动缸的输出压力放大到系统所需的制动压力，液控增压器的工作原理如图4所示，制动液进入液压增压器的P口，T口接回液口，辅制动缸的制动液通过单向阀CV1和CV2进入到高压端HP，若液控单向阀PDV关闭，制动液将直接进入高压HP端，此时，所有的流量全部进入到高压HP端，确保将制动液快速提供给四轮制动管路/分泵，当辅制动缸的压力达到设定值，液压增压器的活塞就开始运动，并连续不断的将制动液压入到四轮制动管路，直至达到高压设定的压力，活塞停止运动，此时制动管路压力达到最大值；当制动结束时，辅制动缸活塞回位，液压增压器的P口力消失，液控单向阀PDV的控制端失压，单向阀PDV打开，HP端的高压制动液通过单向阀PDV接入T口回到刹车油壶。
假设辅制动缸的缸径D为23,辅制动缸的效率n1为0.92,增压器的增压比R为5.5,增压器的效率n2为0.96,当辅制动缸通过活塞运动产生一个作用力Fp＝1000N时，液压增压器的输入力F1为
F1＝Fp x n1＝920N
液压增压器的输出力F2为
F2＝F1x R x n2＝4857.6N
此时，产生的制动压力P为
F2x n2/((D2xπ/4))＝11.22MPa
该制动压力通过单向阀2传送到四轮制动管路/分泵中，实现行车制动。
在辅制动缸与四轮制动管路/分泵之间，连接有一个第二单向阀2，其作用是产生压力的单向传递，使压力只能由辅制动缸通过液压增压器向四轮制动管路/分泵传递，四轮制动管路/分泵上产生的压力无法向主制动缸方向逆向回流。
在行车过程中，步进直线电机的工作主要由控制器来实现驱动，通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机速度控制，使步进直线电机按程序要求完成相应的运动，其步距值不受各种干扰因素的影响。在一定的频率范围内运行时，任何运动方式都不会产生误差。步进电机配合驱动器使用，在软件上通过细分控制功能，可实现很小的步进角，使活塞运动位置控制更精确。控制器的工作输出受压力传感器和检测信号控制，当车辆在行驶过程中，检测单元始终监测主制动系统的当前状态、车辆速度、车道偏离信息、前方道路上车辆行人状况并进行综合判断、当由于路况突变或其它突发事件需要进行紧急制动时，检测单元产生一个控制信号给控制器，产生控制信息给步进直线电机。在步进直线电机工作的过程中，如果主制动缸也同时工作，在主制动缸与单向阀1之间产生压力，并通过压力传感器传送到控制器，此时，控制器控制步进电机在驱动电路的驱动下，拉动辅制动缸内的活塞回到起始位置。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种自动驾驶汽车的电控制动系统，其特征在于：包括制动踏板、真空助力器、主制动缸、第一单向阀、压力传感器、检测信号单元、控制器、步进直线电机、辅制动缸、第二单向阀、四轮制动管路/分泵；
所述制动踏板与真空助力器相连，真空助力器与主制动缸相连，主制动缸与第一单向阀相连，第一单向阀与四轮制动管路/分泵相连接；压力传感器、检测信号单元分别与控制器相连，压力传感器同时与主制动缸相连；控制器与步进直线电机相连，步进直线电机与辅制动缸相连，辅制动缸与第二单向阀相连，第二单向阀与四轮制动管路/分泵相连接。
2.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车的电控制动系统，其特征在于：所述的第一单向阀连接与主制动缸与四轮制动管路/分泵之间，当主制动缸工作时，主制动缸内产生的压力使第一单向阀接通，向四轮制动管路/分泵提供制动压力；当第二单向阀接通时，第一单向阀承受来自第二单向阀的反向压力时，第一单向阀自动关闭。
3.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车的电控制动系统，其特征在于：所述的第二单向阀连接于辅制动缸与四轮制动管路/分泵之间，当辅制动缸工作时，辅制动缸内产生的压力使第二单向阀接通，向四轮制动管路/分泵提供制动压力；当第一单向阀接通时，第二单向阀承受来自第一单向阀的反向压力时，第二单向阀自动关闭。
4.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车的电控制动系统，其特征在于：所述的压力传感器连接于主制动缸与控制器之间，当主制动缸工作时，主制动缸内产生的压力通过压力传感器传送到控制器；当辅制动缸工作时，四轮制动管路/分泵上产生高压，第一单向阀关闭，主制动缸的低压力通过压力传感器传送给控制器。
5.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车的电控制动系统，其特征在于：所述的步进直线电机在控制器的驱动下进行工作，在制动时，步进直线电机高速工作，推动辅制动缸内的活塞前进，在辅制动缸内产生压力；在制动结束时，步进电机在控制器的驱动下，拉动辅制动缸内的活塞回到起始位置。
6.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车的电控制动系统，其特征在于：在手动驾驶模式下，当踩下制动踏板时，通过真空助力器放大后的制动力推动主制动缸内的活塞运动，制动主缸内产生压力，通过第一单向阀将压力传送到四轮制动管路/分泵，对四轮进行制动，此时第二单向阀自动关闭；主制动缸内产生的压力通过压力传感器送入到控制器内，自动驾驶员系统处于不工作状态。
7.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车的电控制动系统，其特征在于：在自动驾驶模式下，控制器接收检测单元传递过来的检测信号并进行运算，当需要执行制动时，控制器输出控制信号，驱动步进直线电机工作，步进直线电机推动辅制动缸内活塞运动，辅制动缸内产生压力，通过第二单向阀将压力传送到四轮制动管路/分泵，对四轮进行制动,此时第一单向阀自动关闭，主制动缸内呈低压状态，在此时如果踩下制动踏板，主制动缸内呈高压状态，控制器通过压力传感器检测到该压力信号，执行退出功能，控制步进电机回位到起始位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161207 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |